(57)【要約】【課題】  大発熱量かつ小面積の複数の半導体チップを、一つの冷却器で有効に冷却できる電子デバイスの冷却装置を提供する。【解決手段】  回路基板１上に実装された複数の電子デバイス２と、該電子デバイス２上の伝熱フィン３が形成された熱伝導素子４と、複数の該熱伝導素子４のフィン３と嵌合するフィン５が形成されたハウジング６と、該ハウジング６上に前記電子デバイス２からの熱を持ち去る空冷フィン１２を備えた冷却装置であって、前記ハウジング６内部に平板型ヒートパイプ９が形成されたことを特徴とする。【選択図】図１
2006245356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に実装された複数の電子デバイスと、該電子デバイス上の伝熱フィンが形成された熱伝導素子と、複数の該熱伝導素子のフィンと嵌合するフィンが形成されたハウジングと、該ハウジング上に前記電子デバイスからの熱を持ち去る冷却手段を備えた冷却装置であって、前記ハウジング内部に平板型ヒートパイプが形成されたことを特徴とする電子デバイスの冷却装置。
【請求項２】
回路基板上に実装された複数の電子デバイスと、該電子デバイス上の伝熱フィンが形成された熱伝導素子と、複数の該熱伝導素子のフィンと嵌合するするフィンが形成されたハウジングと、該ハウジング上に前記電子デバイスからの熱を持ち去る冷却手段を備えた冷却装置であって、前記ハウジング内部にヒートパイプが埋め込まれたことを特徴とする電子デバイスの冷却装置。
【請求項３】
前記電子デバイスからの熱を持ち去る冷却手段として、空冷フィン又は水冷ジャケットを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子デバイスの冷却装置。
【請求項４】
前記電子デバイスと前記熱伝導素子との間及び前記熱伝導素子の伝熱フィンと前記ハウジングに形成されたフィンとの間の双方もしくはいずれかに熱伝導媒体を介在させたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子デバイスの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子あるいは集積回路チップなどの電子デバイスから発生する熱を除去するための冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子計算機では処理速度の向上が増々要求されるため、近年、半導体素子を大規模に集積した回路チップ開発されている、また、その集積回路チップを互いに接続する電気配線をできるだけ短くするため、マイクロパッケージに多数の集積回路チップを実装する方法が開発されている。
【０００３】
従来、特に大型電子計算機用電子デバイスに関し、冷却機能が優れ、組立誤差や熱変形を上下左右に吸収できる柔構造とする半導体チップの冷却装置が、特開昭６０−１２６８５３号公報に記載されている。特開昭６０−１２６８５３号公報では、半導体チップの上に搭載したフィン形状を有する熱伝導素子と、同じくフィン形状を有するハウジングとを嵌合させ、熱を半導体チップから熱伝導素子、ハウジングと通過させ、ハウジングにつながる放熱フィンあるいは水冷ジャケットなどの冷却部品へ移動させる方式が採られている。また、ハウジングには、これまでは銅あるいはアルミニウム等の高い熱伝導率を有する材質が用いられていた。
【０００４】
半導体チップの発熱量が増加すると、冷却部品の面積が大型化し、これに接続するハウジングの面積も大型化する。この場合、冷却部品の性能を有効に活かすためには、冷却部品に対し、半導体チップから熱伝導体を通じて伝わってきた熱を、ハウジング内で十分に広げて、ハウジングと冷却部品との接続面で均等に熱を伝える必要がある。これに対し、マイクロパッケージが小型化され、ハウジングに伝わる発熱密度がさらに高くなると、従来の銅あるいはアルミニウム等の材質ではハウジングの内部で十分に熱が広がらず、冷却部品との接触面にて、中央部で最も大きく、周辺に向かうに従って小さくなる山状の分布をもって熱を伝えるため、ハウジングにつながる冷却部品の性能が悪化する欠点があった。
【０００５】
この解決方法として、ハウジングの厚さを増加し、ハウジング内部で熱を広げる方法がある。しかし、この方法ではハウジングの厚さが大幅に増加するため、外形寸法及び部品重量の増加を招く欠点がある。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−１２６８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、ハウジング内部にて熱が十分に拡散しない点にある。本発明の目的は、ハウジング内部で熱を十分に拡散させ、大発熱量かつ小面積の複数の半導体チップを、一つの冷却器で有効に冷却できる電子デバイスの冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、回路基板上に実装された複数の電子デバイスと、該電子デバイス上の伝熱フィンが形成された熱伝導素子と、複数の該熱伝導素子のフィンと嵌合するフィンが形成されたハウジングと、該ハウジング上に前記電子デバイスからの熱を持ち去る冷却手段を備えた冷却装置であって、前記ハウジング内部に平板型ヒートパイプが形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、ハウジング内部で熱が十分に拡散し、冷却部品との接触面にて均等な熱流束で熱を伝えるため、冷却装置の性能を向上できるとともに、ハウジングの薄厚化、軽量化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１及び図６は本発明の第１の実施例を示している。図６は本発明の第１の実施例の断面斜視図であり、図１は図６に示す各部分を拡大して示した断面図である。これらの図において、図中の１はセラミック材料もしくは有機材料で構成された回路基板で、その上に半導体チップ２が搭載されている。半導体チップ２の上には、フィン３が形成された熱伝導素子４が搭載され、その上には、熱伝導素子４のフィン３と嵌合するフィン５が形成されたハウジング６が搭載される。ハウジング６はフレーム７によって回路基板１と固定されており、ハウジング６とフレーム７及び回路基板１で囲まれた空間８には熱伝導率の高い気体が充填されている。さらに、ハウジング６内部には平板型ヒートパイプ９が形成されている。平板型ヒートパイプ９は、内壁に毛細管構造を備え、内部に少量の作動液を真空封入した密閉空間であり、一部の面に熱が加わると、空間内部の作動液により、熱が加わっていない空間壁面全域に対し均等に拡散させながら、空間内を熱が移動する機能を有する。熱伝導素子４とハウジング６との間にはコイルばね１０が配置され、熱伝導体素子４を半導体チップ２に密着させている。ハウジング６の上には、熱伝導グリース等の柔軟性のある熱伝導媒体１１を介して、空冷フィン１２が搭載されている。
【００１２】
また、図1に示す矢印は、半導体チップ２から発生した熱が空冷フィン１２まで伝わるまでの流れを示している。上述の構造により、半導体チップ２から発生した熱は熱伝導素子４に伝わり、続いて熱伝導素子４のフィン３及びハウジング６のフィン５を介して、ハウジング６に伝わる。この際、熱は熱伝導素子４の面積内でのみ流れるので、その密度は非常に高い。ハウジング６に入った熱は、ハウジング６の内部に形成された平板型ヒートパイプ９により空間内部全域に均等に拡散され、ハウジング６の熱伝導媒体１１との接触面側では、面全体で熱の流れが均等になり、その密度も小さくなる。その後、熱はハウジング６から熱伝導媒体１１を介して空冷フィン１２に伝わり、空冷フィン１２から空気に熱が放出される。
【００１３】
本実施例によれば、従来の冷却装置のハウジングに用いてきた銅やアルミニウム等の材質に比べて100倍以上の熱拡散性能をもつ平板型ヒートパイプ９により、熱伝導素子４を介してハウジング６伝わってきた熱は平板型ヒートパイプ９の内部で急速に拡散されるため、ハウジング６から熱伝導媒体１１を介して空冷フィン１２に熱が伝わる伝熱面では、熱は均等な密度まで拡散される。よって、空冷フィン１２の受熱面全体を有効に利用することができるために、空冷フィン１２の性能が向上し、冷却装置の能力を向上することができる。また、本実施例によれば、平板型ヒートパイプ９は厚さが数mmと非常に薄く、更に内部は空間である為、従来の銅やアルミニウム等の材質を用いたハウジングに比べ、同等の性能を得るには外形高さを低減できるとともに、冷却装置を軽くすることができる。
【実施例２】
【００１４】
図２は本発明の第２の実施例の断面図を示す。図２は、ハウジング６の表面にヒートパイプ１３を埋め込んでいる。ハウジング１６とヒートパイプ１３との接触面は、ハウジング１６とヒートパイプ１３とを直接面同士で圧着させる方法や、熱伝導グリース等の熱伝導媒体を介在させる方法がある。なお、その他の各部分は図１と同じである。
【００１５】
本実施例によれば、実施例１に示した効果と同じ効果を、本実施例でも得ることができる。
【００１６】
なお、ヒートパイプ１３は、棒型ヒートパイプあるいは平板型ヒートパイプを、一つあるいは複数埋め込んでもよい。
【実施例３】
【００１７】
図３は本発明の第３の実施例の断面図を示す。図３は、ハウジング６の上に、熱伝導グリース等の柔軟性のある熱伝導媒体１１を介して、水冷ジャケット１４が搭載されている。水冷ジャケット１４の内部には低温度の冷却水が流れている。なお、その他の各部分は図１と同じである。
【００１８】
上述の構造により、図１と同様に平板型ヒートパイプ９まで伝わった熱は、平板型ヒートパイプ９にてハウジング６の内部に広がり、広がった熱が均一に熱伝導媒体１１を介して水冷ジャケット１４に伝わり、水冷ジャケット１４から冷却水に熱が放出される。
【００１９】
本実施例によれば、水冷ジャケット１４は、実施例１にて搭載される空冷フィン１２に比べてより大量の熱を放出することができるため、冷却装置の性能を更に向上させることができる。
【実施例４】
【００２０】
図４は本発明の第４の実施例の断面図を示す。図４は、ハウジング６の表面にヒートパイプ１３を埋め込んでいる。ハウジング６とヒートパイプ１３との接触面には、グリース等の熱伝導媒体８を介在させる方法や、ハウジング１６とヒートパイプ１３とを面同士で圧着させる方法がある。なお、その他の各部分は図３と同じである。
【００２１】
本実施例によれば、実施例3に示した効果と同じ効果を、本実施例でも得ることができる。
【００２２】
なお、ヒートパイプ１３は、棒型ヒートパイプあるいは平板型ヒートパイプを、一つあるいは複数埋め込んでもよい。
【実施例５】
【００２３】
図５は本発明の第５の実施例の断面図を示す。図５は、熱伝導素子４のフィン３とハウジング６のフィン５との嵌合部分の微小間隙及び半導体チップ２と熱伝導素子４との接触面に熱伝導グリース等の熱伝導媒体１１を介在させている。なお、その他の各部分は図１と同じである。
【００２４】
本実施例によれば、熱伝導媒体１１により、熱伝導素子４のフィン３とハウジング６のフィン５との嵌合部分の微小間隙及び半導体チップ２と熱伝導素子４との接触面の熱伝導性が向上するため、冷却装置の性能を更に向上させることができる。
【００２５】
なお、本実施例は図１を基に説明したが、実施例２、実施例３、実施例４に対して適用しても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る電子デバイス冷却装置の実施例１の断面図である。
【図２】本発明に係る電子デバイス冷却装置の実施例２の断面図である。
【図３】本発明に係る電子デバイス冷却装置の実施例３の断面図である。
【図４】本発明に係る電子デバイス冷却装置の実施例４の断面図である。
【図５】本発明に係る電子デバイス冷却装置の実施例５の断面図である。
【図６】本発明に係る電子デバイス冷却装置の実施例１の断面斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  回路基板
２  半導体チップ
３  熱伝導素子のフィン
４  熱伝導素子
５  ハウジングのフィン
６  ハウジング
７  フレーム
８  空間
９  平板型ヒートパイプ
１０  コイルばね
１１  熱伝導媒体
１２  空冷フィン
１３  ヒートパイプ
１４  水冷ジャケット
１６  ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006245356.tif 000006
【図５】
2006245356.tif 000007
【図６】
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